专利名称：带有复合传感器的盾构机刀具的制作方法
技术领域：
本发明属于大型机械施工设备，具体涉及一种用于盾构机掘进中对切削力和掘进力进行监测的刀具装置。
背景技术：
掌控盾构刀具在掘进过程中的受力情况，通过探明其磨损机理来设法提高刀具的使用寿命意义重大。盾构的刀盘为圆形，中央部位与外轮廓通过辐条联接，切削用的刀具安装在辐条上。盾构机在掘进过程中，刀具将主要受到相互垂直的切削阻力与掘进阻力，即刀盘旋转时产生切削阻力；刀盘前进时产生掘进阻力。考虑到这两个切削力是影响刀具磨损和强度的关键因素，所以实时在线测量这两个力就显得十分重要。为了准确和科学检测到这两个力，那么传感器的设置位置就成为一个必须解决的难题。当然放在刀盘外面(因掘进岩土)容易损坏传感器；同时传感器外置也会因切削形态的改变，而改变刀盘受力状态。本发明的提出可方便测取切削阻力与掘进阻力，而且使传感器易损的问题得到解决。
发明内容
本发明的目的是，提出一种盾构机在掘进过程中，可同时测量切削力和掘进阻力的带有复合传感器的刀具。本发明的技术原理与方案是:将盾构机所用的切削刀具分成两部分，在前刀体和后刀体的转角处均设有凹槽，前刀体与后刀的凹槽内各设有一组电阻应变片，两组电阻应变片的引线从后刀体上方的出线孔引出。前后刀体通过螺栓紧固为一体安装在刀盘上，前后刀体之间，设有宽度为1-1.2mm的缝隙。凹槽内粘贴有4个电阻应变片，4个电阻应变片构成惠斯登电桥接法的电路。本发明将传感器内置在刀具内，前刀体设有的电阻应变片用来检测切削阻力；后刀体设有的电阻应变片用来检测掘进阻力。为了防止泥土介质进到前后刀体的缝隙中，同时也为了使两组应变片绝缘，在缝隙内灌满硅橡胶，这类橡胶固化后弹性模量非常小，使二者的受力不产生耦合作用。因此可在掘进过程中同时测量切削力和掘进阻力而互不干扰的。本发明的特点及产生的有益效果是，根据不同的地质设计出高效的刀盘和刀具，必须对刀具的受力情况进行(模拟掘进过程)实验测量，本发明完全可以满足这一要求。所提出的将传感元件置于刀具内部，对切削阻力和掘进阻力进行在线测量的技术方案，解决了因掘进岩土导致(刀盘刀具)传感器易损问题，并可实施于实际工程刀具。
图1为本发明的结构与原理简图。图2为组装后的刀具结构与力学原理示意简图。图3为盾构机刀盘结构示意简图。
具体实施例方式以下结合附图并通过具体实施例对本发明的原理与结构做进一步的说明。需要说明的是，本实施方式是叙述性的而非限定性的，不以此实施例限定本发明所保护的范围。带有复合传感器的盾构机刀具，其结构特征是:将盾构机刀盘上的切削刀具分成两部分，在前刀体I和后刀体2的转角处均设有凹槽3，前刀体与后刀体的凹槽内各设有一组电阻应变片，两组电阻应变片的引线从后刀体上方的出线孔4引出(如图1)。前后刀体通过螺栓紧固为一体安装在刀盘5上，前后刀体之间，设有宽度为1-1.2mm的切缝。凹槽内粘贴有4个电阻应变片，4个电阻应变片构成惠斯登电桥接法的电路(也称为全桥接法)。电阻应变片的引线经出线孔进入到刀盘辐条6的空腔内(如图3)，出线孔与刀盘辐条的连接部位设有橡胶密封垫。为了防止泥土介质进入到切缝，同时也为了防止绝缘不好影响电阻应变片的测量，前刀和后刀的切缝中灌注硅橡胶密封。对于本实施例所述的刀具是刮刀，前刀与后刀的切缝宽度为1mm，凹槽的深度为
0.5mm,凹槽各贴四片电阻应变片，形成两个独立的力传感器。应变片粘贴和接桥工作完毕后，两个桥路的引出线均从线孔引出，再将两部分刀体固定连结为一个整体刀具。将刮刀安装到刀盘上。在刀盘辐条上对应刀具线孔的位置设有通孔(过线孔)，两个传感器的引出线由过线孔进入到辐条的空腔内，导线在辐条空腔内穿过可确保不受泥土影响。在线孔和出线孔连接部位加橡胶密封垫，以防止泥水进入传感器(刀具)内部和空腔内部。传感器测量的信号最终通过无线放大发射装置发射输出。电阻应变片设置的位置并不唯一，而且凹槽的位置也不唯一，可根据对测量因素的差异点选择贴片位置、方法和接桥方式。
权利要求
1.带有复合传感器的盾构机刀具，其特征是:将盾构机刀盘上的切削刀具分成两部分，在前刀体(I)和后刀体(2)的转角处均设有凹槽(3)，前刀体与后刀的凹槽内各设有一组电阻应变片，两组电阻应变片的引线从后刀体上方的出线孔(4)引出，前后刀体通过螺栓紧固为一体安装在刀盘(5)上，前后刀体之间，设有宽度为1-1.2mm的切缝。
2.按照权利要求1所述的带有复合传感器的盾构机刀具，其特征是在所述凹槽(3)内粘贴有4个电阻应变片，4个电阻应变片构成惠斯登电桥接法的电路，电阻应变片的引线经出线孔(4)进入到刀盘辐条(6)的空腔内，出线孔与刀盘辐条的连接部位设有橡胶密封垫。
3.按照权利要求1所述的带有复合传感器的盾构机刀具，其特征是在所述前刀(I)和后刀(2)的切缝中灌注硅橡胶密封。
全文摘要
本发明公开了一种带有复合传感器的盾构机刀具，其结构特征是将盾构机刀盘上的切削刀具分成两部分，在前、后刀体的转角处均设有凹槽，凹槽内各设有一组电阻应变片，电阻应变片的引线从后刀体上方的出线孔引出。前后刀体之间设有宽度为1-1.2mm的切缝，前后刀体通过螺栓紧固为一体安装在刀盘上。出线孔与刀盘辐条的连接部位设有橡胶密封垫。为了防止泥土介质进入到切缝，同时也为了防止两组绝缘不好影响电阻应变片的测量，前刀和后刀的切缝中灌注硅橡胶密封。本发明既可实施于实际工程刀具，也可用于实验模拟切削力和掘进阻力的测量。将传感元件置于刀具内部，对切削阻力和掘进阻力进行在线测量，解决了因掘进岩土导致传感器易损问题。
文档编号E21D9/08GK103174433SQ201310112949
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者侯振德, 林世响, 岳澄, 亢一澜, 王燕群 申请人:天津大学